空间

探测木星风暴的深度

木星球体的一部分,有蓝灰色的漩涡和大的,红色的椭圆形,大红斑。
美国宇航局朱诺号飞船上的朱诺摄像机拍摄到了这张由上至下的彩色木星图像皮带当它飞到地球极地上空时。它还捕获了极地急流中的“驳船型”气旋,称为飞机陶瓷.当我们看到这幅木星的图像时,我们看到的只是这个巨大星球大气层的顶层。新的工作让科学家们能够探测木星风暴的深处。图像通过国家航空和航天局/ JPL-Caltech/ SwRI/ MSSS/ processing by Gerald Eichstädt。

木星风暴的深度

科学家们在2021年10月28日,他们已经能够探测木星风暴的深度,多亏了飞船上的仪器朱诺航天器朱诺号自2016年以来一直围绕木星运行。它的微波辐射计现在,科学家们得以深入观察木星的旋转风暴,包括著名的大红斑. 通常,当我们观察木星时,我们只能看到它大气层的顶部。但这些科学家说,这项工作实际上让他们能够观察云层下面,以确定这颗巨大行星上风暴的高度、质量、速度和温度。例如,现在已知木星的大红斑延伸到该行星的大气层中约200英里(300公里)。

斯科特·博尔顿圣安东尼奥西南研究所(SwRI)朱诺的首席研究员说:

此前,朱诺曾暗示木星大气层中的现象比预期的要深,这让我们感到惊讶。现在,我们开始把所有这些单独的部分放在一起,让我们第一次真正了解木星美丽而猛烈的大气是如何在3D中工作的。

最近发表的四篇论文揭示了科学家们的发现:一篇在同行评议杂志科学2021年10月28日,在同行评议地球物理研究杂志:行星2021年10月28日,同行评议地球物理研究通讯2021年的10月25日

气旋和反气旋

木星两者兼有旋风,顺时针循环,还有反气旋,逆时针循环。朱诺发现,气旋顶部空气较暖,密度较低,底部空气较冷,密度较高。反气旋表现出相反的特征,冷空气位于暖空气之上。

“朱诺号”揭示了许多木星风暴的深度超出了科学家的预期。一些风暴延伸到云顶以下60英里(100公里),其他的,包括大红斑,延伸超过200英里(350公里)。科学家们没想到风暴的深度会如此之深。如果风暴深入木星大气层那么远,这意味着它们可以延伸到木星大气层的高度以下,在那里阳光可以穿透大气层,使大气层变暖。它们还延伸到水凝结形成云的地方。

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木星大气层中椭圆形的大红斑的特写,箭头表示逆时针旋转。
朱诺号于2017年7月11日飞越了大红斑。它的仪器深入了解了木星最大行星的内部运行情况反气旋.图像通过国家航空和航天局/ JPL-Caltech/ SwRI/ mss / Kevin M. Gill
用距离和压力标记的木星大气层的多色图。
这张图展示了木星的大气层和高度对应的气压。图像通过国家航空和航天局/ JPL-Caltech/ SwRI/ mss / Kevin M. Gill

确认他们的结果

为了验证他们的结果,一组科学家利用朱诺号利用木星的重力场测量了风暴的质量。在近距离飞越大红斑时,“朱诺号”以每小时13万英里(20.9万公里)的速度掠过。这些近距离观测使科学家有机会发现风暴的重力信号,这补充了大红斑深度的研究结果。

美国宇航局的深空网络测得的速度变化为每秒0.01毫米。这一结果使科学家们能够将大红斑的深度限制在云顶以下约300英里(500公里)的范围内。巴黎马齐亚酒店他是南加州JPL的朱诺科学家,也是该杂志一篇论文的主要作者科学说:

2019年7月飞越时获取大红斑重力所需的精度令人震惊。能够补充微波辐射计在深度上的发现给了我们极大的信心,未来在木星的重力实验将产生同样有趣的结果。

图中显示了朱诺号宇宙飞船环绕木星旋转,从宇宙飞船到地球和返回地球的箭头。
科学家们使用了“朱诺”号飞船两次直接飞过大红斑的数据。该团队还分析了另外10次传球的数据。由于云层中质量分布的不均匀,航天器在其最接近时的飞行速度约为每小时13万英里(59公里/秒),其飞行路径发生了微小的变化。通过测量“朱诺”号预期路径的偏差到0.01毫米/秒内,研究人员能够对许多木星风暴的深度进行限制。说明通过SkyandTelescope.org.图像通过国家航空和航天局/姓名/ SwRI。

看到带和带的深度

朱诺号还研究了木星的风和云漩涡地带和地带. 这些是环绕地球的主要可见光带。科学家们称之为浅色的,以及相对较暗的部分皮带. 来自朱诺的数据显示,这些带和地带的猛烈急流风达到了约2000英里(3200公里)的深度。科学家们仍然不知道这些喷流是如何形成的。但朱诺的飞行提供了一个启示:氨气随着喷射气流上下移动。像克伦Duer的主要作者科学该论文作者是以色列魏茨曼科学研究所的一名研究生,他说:

通过追踪氨,我们发现南北半球的环流细胞在本质上与套圈细胞它们控制着地球上大部分的气候。地球的每个半球有一个法瑞尔细胞,而木星有8个,每个至少大30倍。

朱诺号的数据还显示,这些带和地带在木星水云下方约40英里(65公里)处有一个过渡区。在靠近云层表面的地方,木星的带状物在微波光下比带状物更明亮。在更深层次的水云之下,情况正好相反。这类似于地球上的海洋。利弗莱彻他是英国莱斯特大学“朱诺”号的科学家,也是发表在《科学》杂志上的那篇论文的主要作者地球物理研究杂志:行星说:

我们称这一层为Jovicline类似于地球海洋中的过渡层,称为斜温层在那里,海水从相对温暖急剧转变为相对寒冷。

木星风暴的深度:地球,比轮廓上的大红斑略小,在木星上空盘旋。
这张艺术家的插图结合了美国宇航局朱诺飞船上朱诺相机拍摄的木星图像和地球的合成图像。它显示了木星大红斑的大小和深度,提供了木星大风暴的3D视图。图像通过国家航空和航天局/ JPL-Caltech/ SwRI/ mss / Kevin M. Gill

多边形风暴的再认识

朱诺之前在木星两极发现了排列整齐的风暴。北极地区一年内有八场风暴八角而南极地区则有五场五边形风暴。五年后的今天,这一观点几乎没有改变。亚历山德罗色差他是罗马国家天体物理研究所的研究员,也是该论文的主要作者地球物理研究通讯,描述了这些风暴的弹性:

木星的气旋会影响彼此的运动,导致它们围绕一个平衡位置振荡。这些缓慢振荡的行为表明,它们有很深的根源。

科学家们使用朱诺的木星红外极光测绘仪(JIRAM)来做出这个发现。JIRAM还表明,木星上的气旋想要向两极移动,但在两极已经就位的气旋将它们向后推。这一发现解释了为什么气旋在它们所在的位置,以及在每个极点的不同数量。

木星,一半是火焰色的条纹,另一半是漩涡般的彩色条纹。
这张木星的图像是2017年1月11日红外视图(左)和可见光视图(右)的合成。阅读更多关于这张图片.图片由国际双子座天文台/ NOIRLab/ NSF/ AURA/提供国家航空和航天局/ ESA, M.H. Wong和I. de Pater (UC Berkeley)等。

总结:“朱诺号”提供的数据让科学家们得以看到木星大气的3D视图,揭示了大红斑等风暴的惊人深度。

资料来源:微波观测揭示了木星大气漩涡的深度和结构

资料来源:朱诺微波观测揭示的木星温带/温带对比

资料来源:木星上存在多个类法瑞尔细胞的证据

资料来源:木星的翻转环流:破碎的波浪取代了固体边界

通过美国国家航空航天局

发布
2021年11月2日
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